Bloco 09

Bloco 09

Fenómenos de superfície

Sólidos: Interacções fortes Forma constante

Líquidos: Interacções mais fracas Forma variável

Gases: Interacções muito fracas Sem forma

Como aparece a superfície num líquido? Molécula à superfície é puxada para baixo!

1 - porque existe a superfície?

Fenómenos de superfície Aumentar a superfície de um líquido requer trabalho

Para aumentar a superfície A de uma quantidade !A

Fenómenos de superfície

2 - Energia de coesão Se é preciso trabalho para fazer uma superfície

Energia potencial da superfície

Energia de Gibbs da superfície igual ao trabalho realizado para formar a superfície

Fenómenos de superfície

A Energia de Coesão (Energia de Gibbs de Superfície): Energia mínima para romper uma coluna líquida com área unitária

Força tangente à superfície porunidade de comprimento!=

3 - Tensão SuperficialFenómenos de superfície F

Porque atribuir F à acção das superfícies? Película # de membrana de borracha!

Experiência ⇒ arame em equilíbrio para qualquer posição

Fenómenos de superfície Experiência ⇒ arame em equilíbrio para qualquer posição

Quando se estica ⇒ moléculas do interior passam para a superfície força que uma superfície exerce por unidade de comprimento

Fenómenos de superfície

f é a mesma para qualquer posição do arame

Unidades de tensão superficial: Jm

Fenómenos de superfície

Tensão Superficial

# energia necessária para criar uma área unitária de superfície força tangencial que a superfície exerce por unidade de comprimento

Fronteira líquido—gás:

gás líquido

Fronteira líquido—sólido:

Forças de coesão: interacção entre as moléculas do líquido

Forças de adesão: interacção entre as moléculas do líquido e as do meio em contacto com o líquido

Forças de coesão >> Forças de adesão

Forças de coesão ! Forças de adesão

Superfície líquida é plana ângulo de contacto

Fenómenos de superfície ângulo de contacto

Forças de coesãolíquido– líquido
Forças de adesãolíquido– sólido

Forças que superfície do líquido exerce na parede é tangente à superfície:

Se ! < 90° líquido sobe Se ! > 90° líquido desce

5 - Capilaridade !

Fenómenos de superfície

Peso da coluna = força que parede do tubo exerce na superfície do líquido

! < 90°

Componente horizontal é nula

Componentes verticais somam-se !

Força por unidade de comprimento

Componente horizontal é nula

Componentes verticais somam-se !

Força por unidade de comprimento

Para a coluna de líquido no capilar:

Fenómenos de superfície

Fenómenos de superfície

Fenómenos de superfície

Fenómenos de superfície

Um objecto pode fluctuar mesmo que o seu peso exceda a impulsão máxima

Clip a fluctuar numa solução iluminada por luz polarizada

Fenómenos de superfície

Relação entre diferença de pressão através superfície e Tensão superficial e forma da superfície

Lei de Laplace

Membrana esférica de raio r, tensão superficial "

Forças numa metade:

- tensão superficial (2$r") - diferença de pressão (P-P’)

- tensão superficial (2$r") - diferença de pressão (P’-P)

Componentes da pressão fora do eixo Z anulam-se Componentes no eixo Z somam-se dFz

Logo:

r Lei de Laplace para membrana esférica

Bola de sabão: é uma película de líquido - 2 superfícies = 2 tensões superficiais Como os dois raios de curvatura são ~ iguais r Lei de Laplace para película de líquido esférica

Para membrana cilíndrica:

r Lei de Laplace para membrana cilíndrica

No caso mais geral de uma superfície qualquer:

são os raios de curvatura máximo e mínimo

Planos principais Demonstra-se:

Lei de Laplace

Película esférica:

e 2 superfícies

Membrana esférica:

Membrana cilíndrica:

Gotas, ou bolhas, em contacto

Matéria passa da gota pequena para a grande: evolução é no sentido do desaparecimento das gotas menores

Determinação do Ângulo de Contacto e da Tensão Superficial Tensão superficial

Um método directoUma alternativa simples

Lei de Jurin

O problema é que requer o conhecimento simultâneo de %

Determinação do Ângulo de Contacto Método da Placa Inclinada

Determinação da Tensão Superficial1 - Método do tubo capilar!= "gr

É preciso conhecer % - experiência anterior!

2 - Método da Placa de Wilhelmy

3 - Outros métodos a) Método da máxima pressão de bolha —Medida da pressão máxima a que uma bolha de gás inerte se liberta de um capilar mergulhado no líquido.

b) Método do peso de gota —Gotas do líquido libertadas de um capilar são recolhidas e pesadas.

c) Método do anel —Mede-se a força necessária para libertar um anel de fio do líquido.

Interfaces entre líquidos imiscíveis

Energia de uma superfície

Quando temos dois líquidos imiscíveis em contacto

Energia da superfície de interface: E é a tensão superficial de contacto entre os 2 líquidos

Energia (ou trabalho) de adesão

(aparecem duas superfícies líq-ar e desaparece uma superf. líq-líq)

Se os líq. forem iguais = 2 "

Interfaces entre líquidos imiscíveis

Gota de líquido 1 sobre líq. 2 ar

Para haver equilíbrio na interface é necessário que as 3 forças se anulem de módulos:

Interfaces entre líquidos imiscíveis ar

Se o ângulo & for muito pequeno:

Mas, ! pode não ser anulada pelas outras duas forças

Não há equilíbrio e o líquido 2 espalha-se por cima do 1 camada monomolecular

Energia de adesão dos líqs 1-2

Energia de coesão do líquido 2

Agentes tensioactivos São moléculas polares que diminuem a tensão superficial da água

Lípidos Detergentes

Agentes tensioactivos Como diminuiem a tensão superficial?

Forma-se uma monocamada de moléculas tensioactivas

Agentes tensioactivos

Outros fenómenos associados a estas moléculas:

membranas “bolas de sabão”

efeito detergente

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